Elektronik Komponenten: Was sind Operationsverstärker? - Dummies

Ein Operationsverstärker ist eine superempfindliche elektronische Verstärkerschaltung, die die Differenz zweier Eingangsspannungen verstärkt. Somit hat ein Operationsverstärker zwei Eingänge und einen Ausgang. Die Ausgangsspannung ist oft zehn- oder sogar hunderttausendmal größer als die Differenz der Eingangsspannungen.

Intern bestehen die einfachsten Operationsverstärker aus mehreren Dutzend Transistoren, und kompliziertere Varianten haben viel mehr. Aber Sie können die internen Schaltkreise ignorieren und sie einfach als handliches Gerät behandeln, das Sie verwenden können, ohne zu verstehen, wie es funktioniert.

Im Folgenden wird die Funktion der einzelnen Verbindungen im Schaltplansymbol beschrieben:

• + V und -V: Die Stromversorgung erfolgt über zwei normalerweise mit + V beschriftete Pins. -V. (Diese Pins können stattdessen mit V _{s +} und V _{s -} beschriftet sein.) Die meisten Operationsverstärker benötigen sowohl eine positive als auch eine negative Spannungsversorgung. V bis 18 V.

  Diese Art der Stromversorgung wird als Split-Versorgung bezeichnet. Das zeigt an, dass sowohl positive als auch negative Spannung benötigt werden. 6 V bedeutet zum Beispiel, dass sowohl +6 V als auch -6 V benötigt werden.

  Sie können eine geteilte Stromversorgung aufbauen, indem Sie zwei Batterien verwenden, die Ende an Ende angeschlossen sind. Hier werden zwei 9 V-Batterien angeschlossen, um eine 9-V-Versorgung zu schaffen. Beachten Sie, dass die +9 V und -9 V relativ zur Erde gemessen werden, auf die zwischen den beiden Batterien

  

  Einige Operationsverstärker benötigen keine Spannungsversorgung mit getrennter Spannung. Operationsverstärker, die einzelne Stromversorgungen verwenden, haben anstelle einer -V-Klemme eine Erdungsklemme.

• V _out : Der Ausgang des Operationsverstärkers wird vom V _out -Anschluss abgenommen. Die Spannung am Ausgangsanschluss kann abhängig von der Spannungsdifferenz zwischen den beiden Eingangsklemmen positiv oder negativ sein. Die maximale Spannung ist normalerweise einige Volt kleiner als die Versorgungsspannung an den Anschlüssen + V und -V. Wenn also die Stromversorgung für einen Operationsverstärker 9 V beträgt, beträgt die maximale Ausgangsleistung etwa 7 V oder 8 V.

  Die meisten Operationsverstärker können nur einen kleinen Strom durch die Ausgangsklemme führen - normalerweise in der Nachbarschaft von 25 mA oder weniger. Der Ausgang wird durch einen externen Widerstand geleitet, der mit R _L bezeichnet ist. Das andere Ende dieses Widerstandes ist mit Masse verbunden. Daher muss der Ausgangsstrom, der durch den Operationsverstärker fließt, schließlich am Boden landen.

  

• V ₊ und V _- : Die beiden Eingänge sind die Anschlüsse V ₊ und V _- . Diese Terminals werden manchmal durch + und - innerhalb des Dreiecks identifiziert.Die Eingänge werden Differenzeingänge genannt, weil die Ausgangsspannung, die am V _out -Anschluss erscheint, von der Differenz zwischen den Spannungen der + und - Anschlüsse abhängt.

  Bei den meisten Operationsverstärkern ist die maximal zulässige Eingangsspannung etwas geringer als die maximale Versorgungsspannung. 12 V ist eine typische Grenze. Bedenken Sie jedoch, dass die Differenz zwischen den beiden Eingangsspannungen die Verstärkung eines Operationsverstärkers ist. In vielen Fällen sind die beiden Eingangsspannungen sehr nahe, so dass die Differenz sehr klein ist.

  Die Polarität des Operationsverstärkers hängt von der Polarität der Differenz zwischen den Eingängen V ₊ und V _- ab. Wenn also V ₊ größer als V _- ist, ist die Ausgabe eine positive Spannung, aber wenn V ₊ kleiner als V _{- < ist der Ausgang eine negative Spannung.} In vielen Operationsverstärker-Schaltungen ist ein Eingang mit Masse verbunden. Wenn der Eingang V

  + _{geerdet ist, ist die Ausgangspolarität immer das Gegenteil der Polarität der Eingangsspannung am Anschluss V} - . Mit anderen Worten, eine negative Spannung an V

  - _{ergibt eine positive Spannung an V} out _{, und eine positive Spannung an V} - _{gibt eine negative Spannung an V an.} heraus _{. Aus diesem Grund wird der Eingang V} - _{oft als} invertierender Eingang bezeichnet, weil seine Polarität im Ausgang invertiert ist. Wenn andererseits der Eingang V

  - _{mit Masse verbunden ist, ist die Polarität des Ausgangs die gleiche wie die Polarität der an V} + _{angelegten Eingangsspannung… Wenn also V} + _{positiv ist, ist V} out _{positiv; Wenn V} + _{negativ ist, ist V} out _{negativ. Aus diesem Grund wird der V} + _{-Eingang als der} nichtinvertierende Eingang bezeichnet, weil seine Polarität in der Ausgabe dieselbe ist - das heißt, die V - _{Eingangsspannung ist} nicht invertiert.